高压管式反应器反应超温分解的原因分析及措施

[摘 要]高压低密度聚乙烯管式反应器多次超温分解，严重影响装置的平稳生产，通过数次分析及经验找到原因，采取一系列措施，最终解决了反应器内热分解问题。

[关键词]超温分解；反应粘壁；措施

中图分类号：TE966 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0015-01

一、概述

大庆石化公司高压聚乙烯一装置采用德国伊姆豪逊专利，由德国伍德公司承包。设计生产能力6.0万吨/年，在一条生产线上完成，装置于1986年7月建成投产。是以乙烯为原料，氧气作引发剂，丙烯、丙烷、丁烯-1作分子量调整剂，采用一热三冷四点进料的管式法反应。反应温度为270～330℃，反应压力为210～270 MPA，最高单程转化率达32%。

高压一装置采用一热三冷四点乙烯进料的管式反应器，热流进入预热器E-307，另外两股冷流分别进入冷却器E-308A和B。热流被送到反应器的入口，两股冷流则被送至沿反应器分布的三个可同时操作的注入点，冷流量由冷流阀FIC64501/FIC64502/FIC64503进行调节，冷流阀前法兰都安装了节流孔板，流通孔径分别为7.5毫米、6毫米和5毫米，孔板起到节流和减震的作用。压差控制阀PDIC64501位于反应器热流的入口，并和反应器压力控制器相连，聚合反应压力是通过反应器末端的脉冲阀PV64502按一定的时间周期和降压幅度进行自动脉冲调节的，脉冲是为了长时间保持恒定的反应条件，防止聚合物粘于反应器内壁，不利于聚合热的取走，并排出熔融聚乙烯产品。如果反应器与高压分离器之间的管线上的温度或高压分离器本身的温度超限时，就会触发一个紧急程序，相应的液压安全阀立即打开使反应器和高压分离器气体放空。反应系统流程见下图：

二、反应超温分解原因分析

造成反应超温分解的主要原因是：乙烯聚合生成聚乙烯反应是一个强放热过程，反应某点因为反应剧烈或反应热不能及时撤出，发生剧烈的热分解反应，分解反应的发生伴有大量热的释放和聚合气体体积的成倍增加，反应温度有两点或多点超高达350℃以上，导致紧急程序动作，造成全线停车。

造成高压一装置反应超温分解的主要原因有：

1、反应氧量的影响：在正常生产期间，如果反应总氧量注入加大，可能造成反应引发剂注入量过大，反应引发活跃，自由基反应剧烈，放热量加剧，而换热水不能及时将反应热撤出，会导致反应超温。2、反应压力及脉冲控制的影响：反应压力提高后，由于加大了反应器内气相密度，分子间碰撞几率增大，反应速度加快，反应剧烈，放热量加大。3、换热介质及液压油系统影响：如果换热介质出现压力、流量波动或液压油系统出现大幅压力及温度变化造成液压控制阀失控也会造成反应分解。4、原料、调整剂及返回乙烯影响：如果原料乙烯中氧量、水、乙炔等含量超标或调整剂或返回乙烯大幅波动，都会造成反应的超温分解。5、冷热流分配不合理影响：如果冷流向热流串动，高浓度的氧进入热流也会造成反应超温分解。6、反应一峰粘壁影响：高压一装置反应一峰气体流速较慢，而反应器入口离脉冲阀最远，也就是脉冲对反应一峰的影响较小，造成聚合物在反应一峰管线上形成聚合物的滞流层，这一层滞流层是始终存在的，如果滞流层变厚（粘壁加剧），就会造成反应一峰由于热量无法及时撤走造成局部过热而发生热分解。

造成粘壁加重的因素很多：例如脉冲作用不良（深度不够、周期过长等）；开车初期预热段加热不充分形成低指数料；开车初期丙烷注入量不合理造成反应温峰偏低；正常生产或牌号切换过程中反应波动、温峰偏低生产低指数料等因素都会造成反应一峰粘壁加剧。

通过查看趋势，分解停车前，1～5的所有指标的数值均控制平稳，未发生明显变化，可以排除这五个原因造成的影响。综合以上的分析可以看到，造成这此次反应超温分解的主要原因是反应一峰粘壁。

三、采取的措施

1、在开车初期时采取热流冲刷法，在计划停工时增加高压循环时间来减小反应的粘壁程度，在保证热冲刷时间和高压循环时间的前提下降低装置的开工和停工时间。另外，在开车初期采用冷流疏通法来确保各个冷流注入畅通，减少冷热流的互相串动。增大反应一冷和二冷的气量，减少因一冷和二冷的气量向主流串动带来的反应波动。最后，开车初期加大脉冲深度，同时脉冲周期控制30秒，缩短脉冲时间，增加脉冲频率，及时消除反应粘壁带来的影响。

2、优化开停工操作，停工时氧气停止注入后快速降压至低压区，避免无氧状态下在高压区长时间停留，减少停车期间低指数料的产生；开工时固定分氧量、反应压力，增加差压阀位至49%，根据冷流注入情况关小冷流阀位，减少冷热流串动；优化丙烷注入量和注氧量，避免开车初期反应波动和低指数料的产生，从源头上杜绝反应粘壁的产生。

3、优化日常操作和牌号切换操作，避免反应温峰波动和低指数料产生，杜绝反应粘壁。除此之外，优化粘壁处理和排油操作，规定处理粘壁过程不排油，同时规定排油间隔时间和再次排油条件，减少因粘壁处理和排油操作带来的反应扰动和冷流气量变化。

4、控制反应一峰和二、三峰温度稍低一些，降低脉冲扰动和冷流串动对反应的影响程度。

5、在原料中含有不合格品时以及在切罐过程中加强反应监控，适当加大返回乙烯量，及时将杂质排出系统确保反应平稳。

6、发现脉冲深度突然大幅变化时及时通知相关主管部门开会分析，并积极联系停氧降压处理，避免分解停车的发生。

7、如果一旦发生局部温度过高反应失控，立即切断引发剂的注入，手动对反应器系统进行降压处理，退守至压缩机运转，查明超温原因。

四、总结

通过对反应超温分解的原因进行分析，优化操作，制定相应的措施使装置平稳运行，防止超温分解的发生。降低了装置单耗、能耗，减少环境污染，提高了产品质量，增长了反应器上的液压放空阀、冷流阀、脉冲阀、差压阀的寿命，保护了反应器，为企业带来经济效益。

参考文献

[1] 高压一装置操作规程[Z].大庆石化公司.2012（12）.

[2] 高压一装置工艺技术规程[Z].大庆石化公司.2009（08）.